以化學核心素養為導向的教學設計與反思
——以“探究影響化學反應速率的因素”為例

何亞萍，姚燕妮，韓 權，楊曉慧，朱 剛

(1.西安文理學院，化學工程學院， 陜西， 西安 710065； 2.陜西省商洛市中學， 陜西 商洛 726000)

1 引言

幫助學生形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是2014年教育部《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中基礎教育階段提出的學生必須具備的科學素養[1]。顯然，教育教學不再是單純的育人，而是要科學育人，除了知識的掌握外，更加強調了能力的培養，特別是綜合分析問題并解決實踐問題的能力。核心素養是其在各學科中的具體體現。所謂核心素養就是學科在社會生活中所體現出來的價值或者價值觀，它是一門學科的靈魂[2]。化學學科的真正價值就是服務于社會生活的，從知識和科學意識，科學精神和科學方法三個角度，提出了五大核心素養[3]：(1)宏觀辨識與微觀探析；(2)證據推理與模型認知；(3)變化觀念與平衡思想；(4)科學探究與創新意識；(5)科學精神與社會責任。據此，在化學學科教學中，要求學生在探究微觀本質的同時，學會科學探究的手段，以證據進行推理分析，透過宏觀現象審視變化的微觀本質；建立變化觀念與平衡思想；理解化學、技術、環境之間的關聯性；將已有知識和方法綜合分析化學過程對社會帶來的各種影響，進而參與有關化學問題的社會決策。

學科核心素養的培養不是一蹴而就的，而是在教育教學過程中逐步滲透、形成和完善的。這就要求教師在平時的課堂教學中必須圍繞化學學科核心素養進行教學設計。為實現該目標，如何基于化學學科核心素養進行教學設計呢？

本文擬以人教版高中化學必修2第二單元第三節第2課時《探究影響化學反應速率的因素》為例，按照目前關于化學學科核心素養的要求，重新審視教材，挖掘其學科核心素價值，以這具體課程內容為載體，精心設計教學過程，組織的有效教學活動，重在培養學生設計實驗方案，分析實驗現象的能力，發展學生基于證據進行分析推理，運用所學知識解決實際問題的能力。

2 教學設計

2.1 教學背景分析

背景分析是進行教學設計的基礎，為教學內容、教師活動、學生活動的設計提供理論支持。

2.1.1 指導思想

教育教學的終極目標是促進學生學科核心素養的形成。課堂教學應該突出學生的主體地位，加大學生學習活動的設計比重，有效地組織、指導學生參與到教學活動中，自然地將科學精神和人文情懷融入到教學活動中，讓學生在探究體驗以學習和反思方式獲得核心知識，形成化學學科核心素養。

2.1.2 學情分析

學生分析，是了解學生已有知識儲備和知識訴求以保障學生活動設計有效性的前提。應該從科學以外和本學科兩方面著手分析。針對本節課，學生的學情如下：①學生在高中物理學習中學生已掌握了控制變量思想和對照實驗法了解了對實驗探究的基本方法和能力；②在經過高中化學必修1的學習，學生通過初中和必修1的學習已經具備了一些基本的化學素養，理論上能夠準確描述化學實驗現象并以所學知識進行現象合理解釋，并進行一定程度推理的能力，并強化了實驗探究能力；③前面一節“化學反應速率”的學習，結合生活常識，使學生化學對反應有快慢和外界因素會影響化學反應速率有了一定理解。因此，教師只要設定生活實例做出正確引導，促使學生發現問題和設計探究實驗來解決問題；再結合中學生本身對未知事物充滿好奇，具有強烈的探究動機，但主體意識和獨立思考不足，對知識認識比較膚淺，沒有形成系統、深刻的認識的心理和認知特點，在教學設計中充分體現學教師與學生的交流互動，激發學生學習的主動性、積極性，引導學生積極思考主動探究，自主參與動手實驗，學會多方位、多角度地思考問題。

2.1.3 教學內容分析

新課程標準中明確要求[4]“通過實驗認識化學反應速率，了解控制反應條件在生產和科學研究中的作用；通過實驗探究溫度、催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響”，但對怎么影響和為什么影響并不作要求。本節教學內容屬于必修2第二單元第三節的第2課時，是課程標準在教材中的具體體現。從生活經驗和對身邊事物的觀察為設計出發點,引導學生從生活中獲取化學知識,并建立化學反應有快慢之分的科學意識。在此基礎上，設計探究性實驗,運用定性觀察法、對照實驗法、科學歸納法等方法分析具體現象,引導學生尋找證據并進行合理的推理論證,充分體現方法教育科學性,使學生掌握通過探究手段完成自我建構研究化學反應快慢的思維模型。

2.2 教學目標設定

根據學情分析情況，從知識與技能、過程與方法和情感態度與價值觀三維角度設定教學目標。

2.2.1 知識與技能目標

①能夠通過生活實例總結出影響化學反應素的因素。

②學習用實驗研究問題的方法，能設計并完成一些化學實驗。

2.2.2 過程與方法目標

①通過對熟悉的化學反應、生活現象的分析，學會提煉總結問題并尋找解決問題的科學方法。

②通過設計探究實驗，掌握科學的探究方法，提高實驗基本技能和設計實驗的能力。

2.2.3 情感、態度與價值觀目標

①通過實驗探究，提升科學探究意識，激發科學探究的興趣，提高學科興趣。

②聯系生活中的實例，將化學反應速率與生活實踐聯系起來，體會化學的實用性，樹立關注社會的意識和責任感。

2.3 教學重點和難點

基于教學背景分析和已設定的教學目標，本節以影響化學反應速率的因素及其成因為重點，以指導學生探究影響化學反應速率的因素為難點。

2.4 教學過程設計及分析

2.4.1 生活實例導課——提出問題

2.4.1.1 牛奶變質和白色垃圾降解對照法

【圖片展示】幻燈片上展示牛奶變質，白色垃圾的降解圖片

【教師解說】我們已經知道，化學反應有快有慢，不同的反應，反應速率也不相同。比如說：一杯新鮮的牛奶在夏天4～5小時就會變質，而白色垃圾降解卻要經過幾十年的時間。為什么不同的化學反應，反應速率會不一樣呢？化學反應快慢的決定因素是什么呢？

【學生思考總結】影響化學反應快慢的根本：反應物本身的性質

【教師引導】性質難于改變，通過改變外界條件可以實現反應速率控制，大家開動腦筋想一想，生活中外界條件如何影響化學反應速率呢？

【圖片展示】1、超市密封牛肉標簽“冷凍保存60天，10℃以下30天，20℃以下15天”。

2.4.1.2 加酶洗衣粉與普通洗衣粉去污效果比較

【學生討論總結】同一反應影響化學反應速率的外界條件有：溫度，濃度，催化劑。

【問題引導】在生活和生產中，有些反應我們希望進行的快些如白色垃圾降解；有些反應我們希望進行的慢點，如食物腐敗。物質本身的性質是不能改變的，但我們可以通過改變外界條件以達到改變化學反應速率的目的，讓化學更好的為人類服務。那么這些因素是如何影響化學反應速率的？

【學生分析回答】溫度越高反應速率越快，溫度越低反應速率越慢；濃度越大反應速率越快，濃度越小反應速率越小；催化劑可以改變化學反應速率。設計意圖：引導學生聯系生活實際，從身邊的生活現象發現不同的化學反應存在快慢，且其快慢除過與物質本身性質有關外，還可以通過改變外界條件改變化學反應的快慢。以達到點題和引起學生深入學習探究是欲望。同時讓學生認識到化學與生活息息相關，化學學習的社會價值。

2.4.2 分組實驗 科學探究——尋求答案

【教師】基于生活和實驗現象我們知道了外界因素是如何影響化學反應速率的，現在請同學們依據控制變量法設計對照實驗方案，從實驗臺上給出的實驗器材中選出合適的儀器和試劑進性實驗，并完成實驗報告。

【投影展示】實驗儀器：試管、膠頭滴管、試管架、酒精燈、

火柴、燒杯

實驗藥品：熱水、冷水、5%的H2O2、10%的H2O2、MnO2固體、FeCl3溶液

【學生】設計并進行實驗探究，完成實驗報告。

【教師】實驗結束，現在請每組選派一名代表上講臺展示你們的探究結果。

【學生】分別上臺展示實驗報告

表1 探究影響化學反應速率的因素實驗報告樣表

設計意圖：要求學生親自參與設計并完成探究實驗，培養學生科學探究意識，提高學生實驗操作能力和分析推理能力，體會科學方法的重要性。通過實驗探究的方式研究影響化學反應速率的因素，尋找證據進行分析推理，建構研究模型，培養學生“實驗探究與創新意識”、“證據推理與模型認知”的學科素養。

2.4.3 總結歸納 提煉方法——獲得答案

【教師】通過前面的討論和實驗驗證，我們知道了溫度、濃度、催化劑是如何改變化學反應速率的。而除過這三方面的因素外，氣體物質的壓強、固體物質的接觸面積、反應物的狀態、形成原電池效應等也可以改變反應速率。影響化學反應速率的因素總結如下：

【板書】

影響化學反應速率的因素：

(1)根本原因：反應物本身的性質

(2)外界因素：

溫度：溫度越高反應速率越大，溫度越低反應速率越小濃度。

濃度：濃度越大反應速率越大，濃度越小反應速率越小。

催化劑：催化劑能改變化學反應速率，不同的催化劑活性不同

氣體的壓強：通過改變反應容器的體積使壓強改變的反應，氣體壓強越大反應速率越大，壓強越小反應速率越小。

固體物質的表面積：固體物質的接觸面積越大反應速率越大。

其他：反應物的狀態；光照；形成原電池效應等

設計意圖：引導學生運用所學知識和實驗結論對本課進行總結，鞏固觀念，增強科學意識。了解科學思維方法，并逐步構建研究化學變化的思路和模型，

2.4.4 鞏固反饋 拓展應用——提升核心素養

【投影展示問題】

(1)怎么做可以增長牛奶變質的時間？怎么做可以加快白色垃圾的降解速度？

(2)實驗室通常將塊狀或顆粒狀的固體藥品研細，再混合反應？人們常把固體試劑溶于水配成溶液后再進行反應，為什么？

(3)實驗室用30%的稀硫酸與鋅粒反應制取氫氣，當反應一段時間后，氣泡變得稀少了(鋅粒要求有剩余)，如果再加一些適當濃度的硫酸溶液到反應容器中，氣泡又會增多起來。這個現象如何解釋？

【學生】交流討論，總結答案

【課后作業】對應練習冊上習題

設計意圖：第一個問題與引入新課問題相呼應，再通過后兩個實驗中常遇到的問題問題的解決，提升學生運用知識解決問題的能力，發展學生的化學應用觀。通過解決問題，讓學生認識到化學學習的社會價值，增強學生主動運用化學知識解決問題的意識，培養學生的社會責任感。

3 教學反思

3.1 生活化滲透培養化學核心素養，感受化學的魅力

轉變學生在課堂上的被動性是基礎教育課程改革的目標。當"學有所用"，"學有所需"時學生對知識的渴求，會激發學生主動索取知識的熱情。展示所學化學知識的價值，是一種非常有效的途徑。如以牛奶變質和白色垃圾的降解為例引入新課，讓學生了解通過學習相關知識不僅可以解決身邊的問題——牛奶放入冰箱就可以延長其存放時間，也可以解決社會難題——選擇合適條件，可以加快白色垃圾的分解，從而意識到學習化學的重要價值，積極主動的學習化學知識，增強社會責任感。

3.2 依托教學內容，科學的處理教材提現化學核心素養要要求

核心素養不是先天遺傳，而是經過后天教育習得的。培養學生的化學學科核心素養必然要以知識教學為載體[5]。所以，化學學科核心素養內隱在化學教材之中的。教師要結合教學內容，根據學生的實際情況，圍繞發展學生化學核心素養這一目標，創造性地開發和使用教材，挖掘教材內容所包含的素養，達成發展核心素養的目的。如化學反應速率影響因素如何應用于生活和實驗中，要突出化學學習的社會價值，從而培養學生的社會責任感；通過探究實驗的設計，培養學生尋找證據驚醒科學推理的核心素養。但值得注意的是，通過某個教學內容培養并不能完全體現所有學科素養要素，只是側重于培養學生某方面的核心素養。

3.3 以化學思維促進核心素養的形成

化學是一門以實驗為基礎的學科。化學學習過程經常需要以實驗為手段，通過實驗現象探討化學本質或通過實驗現象進行分析推理[6]。對照實驗策略和單變量控制法是有效組織實驗和進行實驗探究法的有效方式。教學中提供相應的儀器和試劑，引導學生動腦設計，并動手操作，完成所設計的探究性實驗，進而驗證結論，充分突出學生主體地位。學生在探究中自然形成推測，探究，驗證，歸納，應用的化學學科思維。